专利名称：一种改善水域底层质量和水质的方法及用于该方法的一组加入剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在水流不流动或水流非常缓慢的封闭水域中，例如河湾、湖泊、池塘、沼泽等等，改善水域底层质量和水质的方法以及用于该方法的一组处理剂。
如我们通常所知道的，用于农业和工业的污水和混浊的水流入水流非常缓慢的封闭水域中，例如河湾、湖泊、池塘、沼泽等等，在这些封闭水域中，由于污泥沉淀在水域的底部，使这些水域的水质恶化，对社会和经济都带来了一系列的问题。为了解决这一问题，过去所采用的方法是挖泥，或者在污泥上覆盖沙子。另一种方法是播撒以特定方式处理后的沸石或石灰(生石灰或颗粒状的熟石灰)污泥沉淀剂。
然而，在采用挖泥方法时，如何处置挖掘出来的污泥以及所需的高昂施工经费都是很大的问题。此外，在挖掘时，由于水域底部的污泥受到搅动，会使水质变得更坏，另一方面，采用在污泥上覆盖沙子的方法会使水域底面升高，影响航运，而且同样需要消费大量的资金。此外，还会使沙或污泥的沉淀物扩散开来。
对于上述最后一种方法来说，采用经过特定处理后的沸石构成的污泥沉淀剂从实用的角度来看是太昂贵了。
本发明的发明者曾经提出过一种播撒颗粒状熟石灰的方法(见美国环境技术研究所出版的“环境保护工程”期刊，Vol.17，No.12，1988年12月30日;Vol.18，No.6，1989年6月30日;Vol.19，No.5，1990年5月30日;以及Vol.19，No.8，1990年8月30日)。如其所述，当播撒颗粒状熟石灰时(每平方米200克)，石灰和水以及污泥中的硫化氢发生反应，使硫化氢被分解，并在污泥沉淀物上形成了一层硫酸钙薄膜，这一层薄膜将水和污泥沉积物隔离开来，这种方法能够防止许多种使水质恶化的物质被洗提到水中(下文称作播撒石灰法)。
由于在上述播撒石灰的方法中仅仅需要播撒生石灰或颗粒状的熟石灰，因此其优点之一是成本很低。该方法的另一个优点是通过释放钙离子能够有利于鱼虾的生长。由于存在上述优点，播撒石灰的方法引起人们的兴趣。然而，上述方法也带来了如下的问题在播撒石灰后，水会在几天的时间内都是浑浊的，(以后会澄清)，使水质得到改善需要较长的时间(例如需要较长的时间来降低BOD值);使水中悬浮的物质沉淀也需要较长的时间;通过一层硫酸钙薄膜将水和污泥隔离开来取决于自然现象。
本发明的一个目的是提供一种能够改善其底部沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的方法。
本发明的另一个目的是提供一种改善水域的水质和水域底部质量的方法，它能够释放出大量的钙离子，从而有利于鱼虾的生长。
本发明的再一个目的是提供一种改善水域的水质和水域底部质量的方法，它能够通过形成一层硫酸钙薄膜，将污泥的侵蚀性分解物和水隔离开来。
为了实现上述目的，本发明所提供的方法具有如下的特点在一块采样水域中播撒石灰、活性污泥和厌氧污泥、硅藻土或沸石、以及光合细菌溶液。其中，所述的光合细菌溶液被事先渗入到活性污泥和厌氧污泥中的至少一种之中，或者渗入到硅藻土或沸石中。上述物质的播撒顺序最好是先播撒活性污泥、厌氧污泥和石灰，然后再将活性污泥和厌氧污泥、硅藻土或沸石，以及光合细菌溶液播撒到采样水域之中。
本发明的特征也在于可以将石灰、活性污泥和厌氧污泥、以及硅藻土或沸石播撒到采样水域中，或者将活性污泥和厌氧污泥、硅藻土或沸石、以及光合细菌溶液播撒到采样水域中。
在上述方法中，当将活性污泥和厌氧污泥播撒到水域之中时，包含在活性污泥和厌氧污泥中的厌氧细菌被活化，产生并释放出硫化氢和甲烷。其次，在播撒石灰时，释放出来的硫化氢和石灰发生反应，其结果是形成硫酸钙，在污泥沉淀物的表面上形成一层硫酸钙薄膜。这样，污泥沉淀物变得更加厌氧，而厌氧细菌更进一步地被活化。
剩余的没有和石灰反应的硫化氢被随后播撒到采样水域中的光合细菌溶液分解。另一方面，因为上述薄膜上的一部分是厌氧的，在播撒石灰之后，水中的有机物质被播撒到水域中的活性污泥和厌氧污泥中的厌氧细菌分解。此外，硅藻土或沸石也被用来作为厌氧细菌的载体。
采用本发明能够改善其底部沉积了污泥的封闭水域，例如河湾、湖泊、池塘、沼泽、海域等等的水质和水域底部的质量。此外，由于增加了封闭水域中钙离子的含量，本发明的方法有利于鱼虾的生长。
本发明也能够通过形成一层硫酸钙薄膜将污泥的分解物和水隔离开来，这一点是上面所说的石灰播撒方法所不能实现的。
另外，当采用石灰播撒方法时，水会在施加石灰后变得浑浊，并在几天之内都不会澄清;而采用本发明的方法，在播撒上述物质之后，大约在24小时之内水就变得清澈了以下将结合附图对本发明的实施例作详细的说明。
附
图1到附图12是显示了本发明的一种实施方案，其中附图1是本发明实施例3的被处理水域的示意图;
附图2是污泥沉淀物中所包含的有机氮的测量结果的曲线图;
附图3是污泥沉淀物中所包含的有机磷酸的测量结果的曲线图;
附图4是污泥沉淀物中所包含的无机氮的测量结果的曲线图;
附图5是污泥沉淀物中所包含的无机磷酸的测量结果的曲线图;
附图6是污泥沉淀物的烧失量的测量结果的曲线图;
附图7是污泥沉淀物中所包含的有机氮的测量结果的曲线图;
附图8是污泥沉淀物中所包含的有机磷酸的测量结果的曲线图;
附图9是污泥沉淀物中所包含的无机氮的测量结果的曲线图;
附图10是污泥沉淀物中所包含的无机磷酸的测量结果的曲线图;
附图11是污泥沉淀物的烧失量的测量结果的曲线图;
附图12(a)和12(b)是所用测量仪器的安装位置的示意图。
对于本发明所采用的石灰(以下简称UT)来说，最好是使用市场上出售的生石灰或熟石灰，它们一般通过所采用的干型或湿型粉碎方法被研磨成米粒大小的颗粒。在播撒粉状石灰时，由于它们会很快地沉降，所以不会使水变得浑浊。此外，由于生石灰和水反应时会产生热量，水的pH值会增加，所以最好采用熟石灰。
本发明所采用的活性污泥和厌氧污泥(以下简称TB)是以如下方式来获得的在一个垃圾处理工厂和一个有机废水处理工厂中，首先在一个曝光室中对活性污泥以及在一个厌氧消化器的室中的消化污泥进行湿度控制，然后在进行两周的发酵之后，将经过湿度控制的活性污泥和消化污泥采用通常的方法研磨成米粒大小的颗粒。对活性污泥还要通过好氧菌，例如无色细菌、产碱杆菌、假单胞细菌、产色细菌、副大肠杆菌、大肠杆菌、或亚硝酸细菌的有机物分解细菌进行生物处理。类似地，对消化污泥也要通过厌氧细菌，例如黄素菌、去磺弧菌、甲烷杆菌、沙雷氏菌、类杆菌属、或梭菌属的有机物分解细菌进行生物处理。
此外，也可以在消化器室中采用厌氧地下渗滤介质污泥来取代厌氧化污泥，或者也可以同时使用厌氧地下渗滤介质污泥和厌氧消化污泥。
众所周知，可以在曝气池的活性污泥中及消化器的消化污泥中加入无机絮凝剂，例如PAC(粉末活性碳)、氯化铁、硫酸铝、石灰等等、或者加入聚合物絮凝剂，例如阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂等等，或者加入用于脱水工艺中的非离子型絮凝剂。
本发明所用的硅藻土或沸石(以下简称CG)是市场上出售的硅藻土或沸石采用通常的方法粉碎成米粒大小的颗粒而获得的。
本发明所采用的光合细菌溶液(以下简称PB)包含紫色非硫细菌和紫色硫细菌，例如Phodopseudomonas Capsulatus(发酵研究所第879号产品)，Phodospirillum rubrum(发酵研究所第878号产品)，Chromatium Vinosam(发酵研究所第890号产品)等等，其含量大于每毫升108菌株。如果光合细菌溶液中的细菌浓度小于每毫升108菌株，则难于获得所希望的效果。
根据本发明，通过播撒上述UT、TB、CG、PB可以改善其水底沉积了污泥的封闭水域的水质和水域底部的质量。
在播撒时，应将PB渗入到TB和CG中的至少一种之中，最好是渗入到CG之中。
UT、TB、CG、PB的重量比例最好如下，UT为1-2份、TB为3-6份、CG为4-6份、PB为3-4份。
尽管当UT、TB、GB、PB含量略为超出上述比例范围时，对其质量也能够进行一定的改善，但是在上述比例范围内能够获得最佳的效果，而且这一比例从成本的角度来看也是最佳的。
因为不同水域的底部和水质条件是不同的，所以必须根据采样水域的具体条件来调整UT、TB、CG、PB的所需播撒的量。一般说来，在上述范围内，当UT、TB、CG、PB总播撒量为每平方米500-600克时，可以获得令人满意的改善效果。
具体说来，本发明改善其水底沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的目的是以如下的方式来实现的按照上述比例，播撒预定总量的UT、TB、CG、PB。按照下述的方式，悬浮在封闭水域中的污染物能够很快地沉降，水中所包含的硫化氢和污泥被分解，从而减少了污泥量。此外，钙离子被有效地释放到水中，因而改善了封闭水域的水质和水域底部的质量。
本发明所采用的一组UT、TB、CG、PB处理剂最好以如下的方式来予以制备使它们的重量比例分别为1-2份、3-6份、4-6份和3-4份、将PB渗入到TB和CG的至少一种之中，将UT、TB、CG分别予以包装。一组以这种方式制备的物质能够很容易地保存和处置。
在将PB渗入到TB或CG中时，首先将预定数量的PB洒在预先确定数量的TB或CG中，等一会再将它包装起来。
此外，既可以将一定量的PB渗入到TB或CG中的一种之中，也可以将一定量的PB分开渗入到TB和CG之中。CG是一种具有许多小孔的多孔性材料，因此它能够有效地吸收PB。
以下的描述将说明本发明的功能。
在其底部沉积了污泥的封闭水域里的污染源可以分成如下三组(A)悬浮物质;
(B)可溶解的物质;
(C)由沉积在水域底部的污泥所溶解出来的物质。
除去上述污染物质，就能够改善水质和水域底部的质量。
对于上述的每一种污染物来说，下面将说明如何通过播撒UT、TB、CG、和PB来达到去除污染物的目的。
对于(A)组污染物来说，由于包含在TB中的无机絮凝剂和有机絮凝剂被活化(当完成第三种发酵方法时，包含在活性污泥和厌氧消化污泥中的有机物质将被有机物分解细菌所分解，因而该絮凝剂被活化)，由TB释放到水中的这些絮凝剂和悬浮物质相结合，其结果是迫使悬浮物质沉降。此外，由于CG具有许多小孔，它能够吸收悬浮物质，使悬浮物质沉降，从而消除了这一类污染物质。
对于(B)组污染物质来说，一部分可溶解的污染物质通过絮凝和吸收作用予以沉降，其原理和上述对(A)类污染物质的去除原理相同。此外，由于包含在活化的污泥和TB中的厌氧细菌被释放到水中，另一部分可溶性物质中的有机污染物被厌氧细菌所分解，从而去除了这一类污染物质。
对于(C)组污染物质来说，由污泥沉积物所溶解出来的污染物质如上面已经说明的那样被UT所去除。
渗入到TB或CG中的PB能够分解可溶解物质中的有机物和硫化氢，同时也能通过TB中的厌氧细菌加速可溶解物质的分解。此外，如果没有将PB渗入到TB或CG之中，而是直接播撒到水中，则由于它被扩散到水中，因而不能到达沉积在水底的污泥中。
如上所述，通过播撒UT，能够在沉积在水底的污泥表面上形成一层硫酸钙薄膜，它能起到将水和污泥隔开来的作用。这样，在形成硫酸钙薄膜之后，就能够防止由沉积在水底的污泥溶解出来的物质所造成的污染。
此外，由于通过上述硫酸钙薄膜与水相隔离的污泥沉积物变为厌氧的，它们在形成硫酸钙薄膜之前就被已经到达底部的TB所包含的厌氧消化污泥中的厌氧细菌分解，或者被PB中的厌氧细菌所分解，从而减少了污泥沉积物的总量。在这样的情况下，由于在硫酸钙薄膜之下仍然存在CG，并作为厌氧细菌的过滤介质，厌氧细菌通过采用CG作为载体就能够形成一层厌氧生物膜。
如上所述，播撒石灰的方法可以将钙离子释放到水中。然而，当UT、TB、CG、PB播撒到水中时，释放到水中的钙离子数量将大大增加，这一点将通过下面的实施例和对比实验予以说明。虽然这一现象还找不到理论上的依据，但是发明人或其它人的实验数据表明是PB促进了钙的溶解性。
通过上述功能，水质和水域底部的质量得到了改善，而且这些功能是相互协助支持的。
根据本发明，将UT、TB、CG、PB制备成为如上所述的一组加入剂，它们的功能可以有效地保持直至使用。由于能够很容易地处置这一组处理剂，所以能够有效地予以播撒。
通过下面的实施例和比较实验将能够更为详细地对本发明进行说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1(1).UT.TB、CG和PB的制备UT将市场上出售的颗粒状生石灰研磨成米粒大小的颗粒。
TB采用在日本兵库县尼琦市北部的垃圾处理工厂的曝气器中的活性污泥和消化池中的厌氧消化污泥。在使用之前，首先对TB进行湿度控制(所含的水份控制在大约50-60%)，然后在发酵三周之后(发酵过程中的最高温度大约为85℃)，将活性的污泥和消化污泥(含量小于36%)研磨成米粒大小的颗粒。
CG将市场上出售的颗粒状硅藻土研磨成米粒大小的颗粒。
PB采用紫色非硫细菌和紫色硫细菌的细菌溶液(每毫升109菌株)。
(2).在采样封闭水域中的海水和污泥沉积物海水和污泥沉积物取自日本在Mikasho，Isobe-cho、Shima-gun，Mie的渔民合作协作的Matoya-Bay和Mikasho-Bay Farm的珍珠牡 养殖场(在水下10米深处)。
(3).处理准备七个透明的氯乙烯槽(编号为1-7)。
首先，在每一个槽内装入上面(2)中所述的污泥沉积物，其厚度为距离槽的底部大约10cm。然后将海水倒入每一个浸泡槽中，直至槽的顶部，进行搅拌后，再搁置大约两小时。其结果是污泥沉积物沉淀在每一个槽的底部，其厚度为大约10cm。
在1号槽中加入UT、TB、CG和PB，其加入量分别为每平方米100克、150克、200克和150克。
在2号槽中加入UT、TB、CG和PB，其加入量分别为每平方米50克、200克、200克和150克。
在3号槽中加入TB、CG和PB，其加入量分别为每平方米150克、300克和150克。
在4号槽中加入TB、CG和PB，其加入量分别为每平方米200克、200克和200克。
在上述每种情况下，都是首先将PB渗入到CG之中，然后再加入到槽中。
在5号槽中加UT、TB和CG，其加入量分别为每平方米100克、300克和200克。
为了进行比较，在6号槽中加入每平方米200克的UT，在7号浸泡槽中加入每平方米600克的TB。
(4).结果对上述每一个槽1-7的清澈度进行人眼观察，并通过通常所采用的方法测量它们的BOD、COD、SS(悬浮物质)、T-N(总含氮量)、T-P(总含磷量)、钙浓度和pH值。
在污泥沉积物沉淀在槽底部的状态下(在播撒处理剂之前)，槽中的海水是浑浊的，其颜色为灰色。在进行搅拌时，其海水是混浊的，其颜色为黑绿色。在搅拌停止之后，污泥沉积物在大约两小时内沉淀到槽的底部，槽中的海中是混浊的，其颜色为灰色。
在播撒处理剂之后，1号槽里的海水在大约24小时内变得清澈，而2-7号槽中的海水在大约48小时内变得清澈。此后，七个槽中的清澈度从人眼看来没有什么区别，所有槽中的海水都变得清澈了。
在1、2、3、5和6号槽中，在播撒处理剂的大约120小时之内，槽底的污泥沉积物的整个表面上形成了一层其厚度基本上均匀的硫酸钙薄膜。
此外，在播撒处理剂的大约336小时之后，从浸泡槽的底面到硫酸钙薄膜的厚度小于7cm。另一方面，6号浸泡槽中的污泥沉积物厚度没有变化。
表1中给出了分析和测量的结果。
在播撒前对样品的分析和测量中，采用经过搅拌的海水;在播撒后对样品的分析和测量中，采用其底部沉淀了污泥沉积物的海水。
从表1中可以看出在播撒后由槽1-5(实施例)和槽6、7(对比实施例)所获得的数值对于生态环境来说都是可以接受的。此外，槽1和表1
2中，溶解了大量的钙(特别是在1号槽中)。
至于7号槽，由于播撒了TB，相应的COD、T-P值增大了。另一方面，在槽1和2中，尽管播撒了TB和PB，COD、T-N和T-P的增大受到了限制。
在7号槽中，T-N值大于每升6.3毫克。应该指出的是从理论上讲，大于每升5.0毫克的T-N值会影响鱼虾的生长。
此外，由于所采用的是研磨成米粒大小颗粒状的UT、TB和CG，它们能够很快地到达槽底部的污泥沉积物上，而且能够由播撒者以机械的方式播撒。
实施例2采用从实施例1所获得的最佳细菌比例(槽1中的比例)，可以改善水质并减少污泥沉积物的量。
准备好槽A(0.5m×0.5m×0.8m)、槽B(0.5m×0.5m×0.8m)和槽C(0.3m×0.3m×0.3mm)。首先在每一个槽的底部装入厚度大约为15cm的污泥沉积物，然后再充满海水，直至槽的顶部。在这样的状态下，将槽A和B中的海水温度控制在24℃，而将槽C中的海水控制在室温(14℃)下。
将UT、CG、TB和PB加入到槽B和C中，其比例是UT每平方米100克，CG每平方米200克，TB每平方米150克，PB每平方米150克。为了进行比较，在槽A中不加入上述处理剂中的任何一种。
表2和表3显示了测量的结果。
既使考虑到提取污泥沉积物和将它们置入槽中的相应条件以及由于比重带来的物理差别，在槽B和C以及槽A之间还是可以观察到显著的区别。
实施例3这一试验所采用的是从一个海洋牡
养殖场中取出的污泥沉积物。
底部的污泥沉积物可以分为两组第一沉积物和第二沉积物。第一沉积物是由无机物质组成的沉积物;而第二沉积物是由非无机物质组成的沉积物(污泥的上部)。在这一试验中所采用的是第二沉积物，而获得的结果是通过分解减少了污泥沉积物的总量，并且改善了水的净化程度。
(1).试验的地点和日期地点在日本Mikasho、Isobe-cho、Shima-gun、Mie的渔民合作协会的珠珍牡
养殖场;
时间1992年3月31日。
(2).试验中使用的设备为了将未经处理和处理后的区域分开来，提供了板材将它们隔离开。
(3).操作UT、CG、TB和PB按照下述顺序加入1)、将厌氧污泥消化细菌(TB)喷射到污泥沉积物中，并播撒到污泥沉积物的表面上。
喷射喷射管直径0.06m深度0.6M喷射数量60(3/m2)喷射比例沙1kgTB30g(3%)喷射量(总量)0.113m3播撒将TB播撒到海面上(每平方米150克);
播撒的TB总量3kg(150g×20m2)
2)将颗粒状生石灰(UT)播撒到海面上(每平方米100克)。
扩散的生石灰总量2kg(100g×20m2)3)将厌氧污泥消化细菌(TB)和光合细菌溶液(PB)与硅藻土(CG)相混合，然后将混合物(350g/m2)播撒在海面上。
混合比例CG∶PB∶TB＝2∶1∶0.5混合物的播撒总量7kg(350g×20m2)喷射和播撒后的被处理区域的状况如附图1所示。在图1中，由海面至沉积的处理剂(PB、TB和UT)的表面的距离、第二沉淀层的厚度(包括注入的TB的厚度)和第一沉淀层的厚度分别为7米、0.01米、0.6米和0.4米。
在预先确定的时间期间之后，对污泥进行采样，测量污泥中的有机氮、有机磷酸、无机氮和无机磷酸的含量以及烧失量。
1992年7月24日的测量结果如附图2-6所示，1992年9月3日的测量结果如附图7-11所示。此外，污泥沉积物(沉淀的)的减少量如表4所示。沉积物减少的地点如附图12(A)和12(b)所示。
根据附图2-11中所示的测量值，在污泥沉积物的表面以及表面下60cm的深处都可以观察到有机氮和有机磷酸含量的减少及烧失量。
对于本发明还可以做出许多变化，它们都没有脱离本发明实质内容。所有对普通技术人员来说是显而易见的改进都被包含在下面的权利要求之中。
权利要求
1.一种改善其底部沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的方法，包括如下的步骤在采样水域播撒活性污泥和厌氧污泥；在采样水域播撒活性污泥和厌氧污泥之后播撒石灰；在采样水域播撒石灰之后播撒活性污泥和厌氧污泥；在采样水域播撒石灰之后播撒硅藻土或沸石；以及在采样水域播撒石灰之后播撒光合细菌溶液。
2.一种改善其底部沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的方法，包括如下的步骤在采样水域播撒活性污泥和厌氧污泥，在采样水域播撒石灰;以及在采样水域播撒硅藻土或沸石。
3.一种改善其底部沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的方法，包括如下的步骤在采样水域播撒活性污泥和厌氧污泥;在采样水域播撒硅藻土或沸石;以及在采样水域播撒光合细菌溶液，其中所述光合细菌溶液是首先渗入到活性污泥和厌氧污泥中的至少一种之中，或者渗入到硅藻土或沸石之中，然后再予以播撒的。
4.如权利要求3所述的改善水质和水域底部质量的方法，其中还包括在采样水域播撒石灰的步骤。
5.如权利要求4所述的改善水质和水域底部质量的方法，其中石灰、活性污泥和厌氧污泥、硅藻土或沸石、以及光合细菌溶液的重量播撒比例分别是1-2份、3-6份、4-6份、和3-4份。
6.一组用于改善其底部沉积了污泥的水域的水质和水域底部质量的处理剂，包括其重量比例为1-2份的石灰、3-6份的活性污泥和厌氧污泥、4-6份硅藻土或沸石、以及3-4份光合细菌溶液，其中所述光合细菌溶液是首先渗入到活性污泥和厌氧污泥的至少一种之中，或者渗入到硅藻土或沸石之中，以及对石灰、活性污泥和厌氧污泥，硅藻土或沸石、以及光合细菌溶液分别予以包装。
全文摘要
一种用于改善其底部沉积了污泥的水域的水质和底部质量的方法，在采样水域中播撒石灰、活性污泥和厌氧污泥、硅藻土或沸石、以及光合细菌溶液。在播撒前，将光合细菌溶液渗入到活性污泥和厌氧污泥中的至少一种之中，或渗入到硅藻土或沸石之中。对上述四种处理剂按照预定的比例进行制备，并分别予以包装。
文档编号C02F1/52GK1085877SQ93117630
公开日1994年4月27日 申请日期1993年8月20日 优先权日1992年8月20日
发明者岩井重久, 内田千寻, 户田茂, 小林达治, 黑田晃二 申请人:生化工业株式会社